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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: (B I O L O G A) P R E S E N T A : TANIA JANETH PORRAS GÓMEZ DIRECTOR DE TESIS: DRA. NORMA ANGÉLICA MORENO MENDOZA (2010) MORFOGÉNESIS OVÁRICA Y CARACTERIZACIÓN DE CÉLULAS PROGENITORAS DE LA LÍNEA GERMINAL EN TRES ESPECIES DE MURCIÉLAGOS FILOSTÓMIDOS (Artibeus jamaicensis, Glossophaga soricina y Sturnira lilum) UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 4 DEDICATORIA L a Ciencia, a pesar de sus increíbles progresos, no puede explicarlo todo, pero con investigación responde fenómenos que parecían inexplicables. o que sabemos es una gota de agua; lo que ignoramos es un océano. (Isaac Newton ) L 5 AGRADECIMIENTOS El presente trabajo se realizo en el departamento de Biología Celular y Fisiología, del Instituto de Investigaciones Biomédicas, UNAM, bajo la dirección de la Dra. Norma Angélica Moreno Mendoza. A los revisores: Dr. Marco Antonio Cerbón Cervantes Dra. Maricela Villagrán Santacruz Dra. Norma Angélica Moreno Mendoza Dra. Sara del Carmen Caballero Chacón M. en C. Gilberto Federico García Ruiz El presente trabajo fue apoyado por el Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT, No. IN218908). 6 AGRADECIMIENTOS Hay cosas que prefiero expresarlas por escrito, porque de alguna forma siento que dejo plasmados mis más profundos sentimientos, sin embargo no encuentro las palabras indicadas que reflejen fielmente lo que siento, lo más cercano que encuentro es un profundo GRACIAS, ya que de esta forma ofrezco el más sincero agradecimiento a todos por su apoyo y consejos que han hecho posible que yo culminara con éxito esta etapa de mi vida. Un agradecimiento especial a la Dra. Norma Moreno Mendoza, por las facilidades brindadas en el desarrollo de este estudio. A mi madre Graciela Gómez Franco por su apoyo, cariño y comprensión pero aun más por haber guiado mi camino. A mis hermanos Brayan Porras Gómez y Karen Porras Gómez por todo su apoyo pero sobretodo por aguantar mi mal genio, también a mi abuelita Piedad Hernández Ramírez y a toda mi familia que siempre confió en mí en especial a mi tío Raúl Hernández. También gracias a todos mis profesores de la Facultad de Ciencias que abrieron el maravilloso camino del conocimiento, que me guiaron a lo largo de 4 años en aquellas aulas brindado los conocimientos para ser un buen BIOLOGO, que con su ejemplo me han enseñaron cosas que valoro profundamente. Un agradecimiento especial al profesor Ángel Jiménez por su tiempo y dirección en la parte estadística del trabajo. Por último gracias a mis compañeros de laboratorio por haberme apoyado y guiado en el desarrollo de este trabajo pero sobre todo por su amistad. 7 DEDICATORIA Gracias Dios por haberme puesto en manos de un ser tan maravilloso al que llame PAPA, pero al buscar “Papa” en el diccionario su definición no describe, en lo más mínimo lo que tu significas para mí. Sin embargo PAPA es la forma más linda de llamar a la persona que te dio la vida. Por ello y muchas otras cosas este trabajo está dedicado a una sola persona, a la persona que más amo en la vida, a mi PAPA, Francisco Jaime Porras Hernández, gracias por enseñarme que no se puede dar marcha atrás, que la esencia de la vida es ir hacia adelante. GRACIAS papi por haber sido una excelente persona, por guiarme de la mano en este duro camino, por compartir mis alegrías y tristezas siempre con una sonrisa, porque en silencio me acompañaste sin pedir nada a cambio, por haberme amado a pesar de mis defectos, pero sobre todo gracias, porque en todo momento tuviste una palabra oportuna que me hizo levantarme y continuar, una vez me dijiste “cuando la vida te presente razones para llorar demostrarle que hay miles de razones para reír”, y desde que tú te fuiste y tu corazón se durmió la pongo en práctica cada día, porque te extraño y aunque me quedan los recuerdos, sin ti la vida no es igual. Hoy es el día que espere cuatro largos años, hoy termina una larga jornada de sacrificios y desvelos, hoy quiero que sepas que fuiste mi principal motivación a lo largo de todo este tiempo gracias por confiar y alentarme a seguir adelante, pero sobre todo muchas gracias por haber sido el mejor PAPA del mundo, y aunque no estás físicamente conmigo se que compartes mi felicidad. TE AMO PAPA!!!! 1 INDICE AGRADECIMIENTOS 5 DEDICATORIA 7 I RESUMEN 8 II ABSTRACT 9 III INTRODUCCIÓN 10 3.1 Determinación del sexo en mamíferos 10 3.2 Células germinales primordiales de mamíferos 12 3.3 Diferenciación gonadal 17 3.31 Establecimiento de la gónada indiferenciada 17 3.32 Diferenciación testicular 19 3.33 Diferenciación ovárica 20 3.4 Ovogénesis en mamíferos 21 3.5 Foliculogénesis 22 3.51 Células de la Granulosa 23 3.52 Células de la Teca Interna 23 3.53 Células de la Teca Externa 24 3.54 Folículos Primordiales 24 3.55 Folículos Primarios 25 3.56 Folículos Secundarios 25 3.57 Folículos Pre-Antrales 26 3.58 Folículos Antrales 26 3.6 Genes involucrados en el desarrollo folicular 26 2 3.7 Ciclo reproductor y maduración del ovocito en mamíferos 27 3.71 Ciclo Menstrual 28 3.72 Ciclo Estral 29 3.8 Neo-ovogénesis 30 3.9 El murciélago como modelo para el estudio de células progenitoras de la línea germinal en ovario 33 3.10 Generalidades de los murciélagos 35 3.101 Artibeus jamaicensis 35 3.102 Glossophaga soricina 39 3.103 Sturnira lilium 43 IV JUSTIFICACIÓN 47 V HIPÓTESIS 48 VI OBJETIVOS 48 6.1 Objetivo General 48 6.2 Objetivos Particulares 48 VII METODOLOGÍA 49 7.1 Colecta 49 7.2 Sacrificio y obtención de muestras 52 7.3 Inclusiones en Epón 52 7.4 Inclusiones en Parafina 54 7.5 Inmunoflorescencias 55 7.6 Conteo folicular 58 7.7 Análisis estadístico 59 VIII RESULTADOS 62 3 8.1 Peso de los ovarios 62 8.2 Morfología del ovario en las tres especies de murciélagos filostómidos 65 8.21 Morfología del ovario en Artibeus jamaicensis 66 8.22 Morfología del ovario en Glossophaga soricina 66 8.23 Morfología del ovario en Sturnira lilium 67 8.3 Cuantificación de folículos en el ovario derecho e izquierdo de las tres especies de murciélagos (A. jamaicensis, G. soricina y S. Lilium) 71 8.4 Prueba de reservaovárica 75 8.5 Caracterización de las Células Germinales Corticales Adultas (CGCA) localizadas en la región cortical del ovario adulto 76 8.51 Caracterización de las CGCA en Artibeus jamaicensis 77 8.52 Caracterización de las CGCA en Glossophaga soricina 77 8.53 Caracterización de las CGCA en Sturnira lilium 78 IX DISCUSSIÓN 85 9.1 Reserva ovarica 85 9.2 Morfología del ovario adulto 86 9.3 Caracterizacion de las celulas corticales 88 X CONCLUSIONES 94 XI REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 95 8 RESUMEN El ovario es el órgano principal en el funcionamiento del sistema reproductor femenino, y desempeña dos funciones fisiológicas importantes. En primer lugar, es el responsable de la diferenciación y la liberación de un ovocito maduro para su fertilización. En segundo lugar, es responsable de la síntesis y secreción de hormonas que son esenciales para el desarrollo de folículos, la ciclicidad menstrual o estral (dependiendo del patrón reproductor de la hembra) y del mantenimiento del aparato reproductor y su función. Hasta el momento la información disponible sobre los procesos que involucran a la línea germinal en ovarios de mamíferos deriva principalmente de modelos experimentales como el ratón y la rata; sin embargo, para los murciélagos, el conocimiento sobre este tema es escaso. A pesar que se conocen patrones reproductores en varias especies de murciélagos filostómidos, los procesos de determinación y diferenciación sexual gonadal, así como el establecimiento de la línea germinal y el desarrollo de ovarios en la vida adulta son poco conocidos. La funcionalidad de los ovarios es variable en murciélagos y aunque la mayoría presenta actividad ovárica en ambos ovarios, algunas especies pueden ovular consistentemente desde uno solo, por lo que el ovario funcional suele ser de mayor tamaño. De acuerdo con esto, es factible pensar que en los ovarios de los quirópteros se está llevando a cabo un mecanismo de auto-renovación de la línea germinal. El objetivo del presente estudio fue determinar la morfogénesis ovárica y caracterizar células progenitoras de la línea germinal en tres especies de murciélagos filostómidos (Artibeus jamaicensis, Glossophaga soricina y Sturnira lilium). Realizamos un hallazgo interesante en la región cortical de ambos ovarios: un grupo de células, las cuales no presentan características morfológicas para ser incluidas en algunos de los tipos foliculares; sin embargo, son afines a marcadores de la línea germinal, por lo que en este estudio se denominaron células germinales corticales adultas (CGCA). En las CGCA se detectó la expresión de la proteína de los genes Vasa, Oct-4, fragilis, stella y c-kit, en ambos ovarios de las tres especies de murciélagos. Algunas presentaban actividad proliferativa evidenciada por la expresión H3. Se sabe, que las células que expresan fragilis pueden formar CGP y algunas células somáticas, mientras que la expresión de stella está restringida aquellas células cuyo destino celular es germinal. De la misma manera, la expresión de Oct-4 se detecta en los núcleos de las blastómeras de segmentación temprana, lo que hace que esté restringida a las células de la masa celular interna. De acuerdo con nuestros hallazgos y el papel que estos genes están jugando durante la diferenciación de la línea germinal en otros mamíferos, se puede sugerir que en estas especies de murciélagos, pudiera presentarse un mecanismo de auto-renovación de la línea germinal. 9 ABSTRACT The ovary is the main organ in the female reproductive system, and has two important physiological functions. First, the ovary is responsible for the differentiation and release of a mature oocyte for fertilization. Second, it is responsible for the synthesis and secretion of hormones that are essential for follicle development and the menstrual cycle or estrous (depending on the pattern of the female) and maintenance of the reproductive system and function. So far the available information on the processes involving the germ line in ovaries of mammals is mainly derived from experimental models such as mice and rats, but for bats, knowledge on this subject is scarce. Although breeding patterns are known in several species of phyllostomid bats, the processes of determination and gonadal sex differentiation and the establishment of the germ line and development of ovaries in adult life are poorly understood. The functionality of the ovaries is variable and although most bats present ovarian activity in both ovaries, some species may ovulate consistently from one, so that the ovary is often larger. Accordingly, we expect that a self-renewal of germ line mechanism is taking place in the ovaries of the bats. The aim of the present study was to determine the ovarian morphogenesis and characterize progenitor cells in the germ line phyllostomid three species of bats (Artibeus jamaicensis, Glossophaga soricina and Sturnira lilium). One interesting finding was that in the cortical region of both ovaries, a group of cells which do not show morphological characteristics to be included in some of the follicular type, but which are related to germ-line markers, in this study they are called adult stem germ cells (ASGC). ASGC was detected in the expression of genes Vasa protein, Oct-4, fragilis, stella and c-kit, in both ovaries of the three bat species. Some showed proliferative activity evidenced by the expression H3. It is known that cells expressing fragilis can form CGP and some somatic cells, whereas the expression of stella is restricted those cells which are germ cell fate. Similarly, the expression of Oct-4 is detected in the nuclei of blastomeres of early segmentation, which makes this restricted to cells of the inner cell mass. According to our findings and the role that these genes play during the differentiation of the germ line in other mammals, it is suggested that a mechanism of self-renewal of germ line could be taking place in these species of bats. 10 INTRODUCCIÓN Los estudios sobre diferenciación sexual realizados en mamíferos han llevado al reconocimiento de tres procesos secuenciales: la determinación del sexo cromosómico en el momento de la fertilización, el desarrollo de la gónada indiferenciada hacia un ovario o un testículo, y la subsecuente diferenciación de los genitales internos y externos como resultado de la función endocrina asociada con el tipo de gónada presente (Gilbert, 2005). El desarrollo del fenotipo sexual es el resultado de una serie de interacciones entre las señales genéticas, celulares y hormonales, las cuales participan en la cascada de eventos necesarios para generar el fenotipo macho o hembra (Wilhelm et al., 2006). Las diferencias fenotípicas entre machos y hembras son el resultado de la correcta manifestación de todos los procesos involucrados durante la diferenciación sexual gonadal. Determinación del sexo en mamíferos Existen dos tipos de determinación sexual para mamíferos: determinación sexual primaria y determinación sexual secundaria. La determinación sexual primaria se refiere a los procesos que llevan al establecimiento de una gónada indiferenciada, y su posterior diferenciación a un ovario o un testículo dependiendo del sexo genético del individuo. Por lo tanto, en mamíferos la determinación sexual primaria es cromosómica y en general no está influenciada por el ambiente (Gilbert, 2005). En la mayoría de los casos la hembra posee una constitución cromosómica XX y el macho XY, donde cada individuo debe tener al menos un cromosoma X. El macho al ser XY puede generar dos tipos de espermatozoide: la mitad acarreará un solo cromosoma X y la otra mitad un Y. Si el gameto femenino recibe un cromosoma X del espermatozoide, el individuo resultante esXX, formando ovarios y desarrollándose como hembra; si el gameto femenino recibe un cromosoma Y del espermatozoide el individuo es XY formando testículos y fenotipo masculino. La formación de ovarios y testículos son procesos activos dirigidos por genes. No hay un estado por defecto en la determinación sexual primaria de mamíferos y ambos sexos divergen de una gónada bipotencial. 11 La determinación sexual secundaria afecta el fenotipo fuera de las gónadas, esto incluye el sistema de conductos masculinos y femeninos y los genitales externos. Si está ausente el cromosoma Y, el primordio de la gónada se desarrolla hacia ovario. Los ovarios producen estrógenos que son hormonas que permiten el desarrollo de los conductos de Müller hacia útero, trompas de Falopio (oviductos) y el extremo superior de la vagina. Por el contrario si el cromosoma Y está presente se forman testículos y estos secretan dos hormonas principales: la primera es la hormona inhibidora de los conductos de Müller (AMH, por sus siglas en inglés) que como su nombre lo indica, inhibe el desarrollo de los conductos de Müller. La segunda es la testosterona, que masculiniza al feto, y estimula la formación de pene, el escroto y el sistema de conductos masculinos e inhibe el desarrollo de primordios de las glándulas mamarias. Por todo lo anterior, se puede definir la determinación sexual en los mamíferos como la formación de un ovario o un testículo a partir de una gónada bipotencial. Desde el momento en que un gameto masculino con un cromosoma X o Y llega a fertilizar al óvulo, surgen una serie de eventos genéticos, hormonales y celulares que culminarán con la formación de organismos fisiológica y morfológicamente diferentes: un macho y una hembra (Ottolenghi et al., 2006). Un esquema general de la determinación sexual de los mamíferos nos muestra que la diferenciación de la cresta genital hacia una gónada bipotencial requiere de los genes LHX9, SF1 y WT1; debido a que se ha demostrado en ratones que la ausencia de cualquiera de estos tres genes ocasiona la interrupción del desarrollo gonadal (Nef et al., 2005). Si el desarrollo de la gónada bipotencial es dirigido hacia el sentido femenino desarrolla ovarios por acción de los genes Wnt4 y Dax1 y si se dirige al sentido masculino desarrolla testículos por la expresión del gen Sry (Bullejos y Koopman, 2001) presente sobre el cromosoma Y conjuntamente con genes autonómicos como Sox9 (Hacker et al., 1995; Graves, 1998). En el ovario se diferencian las células de la teca y las células de la granulosa o foliculares que juntas son capaces de sintetizar estrógenos. En ausencia de la hormona anti-mülleriana el conducto de Müller se diferencia hacia el tracto reproductor femenino. En el caso de los testículos se diferencian dos tipos celulares importantes, las células de Sertoli y las células de Leydig. Las células de Sertoli secretan el factor inhibidor de los conductos müllerianos (AMH) llevando a cabo la regresión de los conductos de Müller. Con respecto a Leydig, éstas secretan testosterona, que provoca la diferenciación de conducto de Wolff hacia genitales masculinos internos, en la región urogenital, la testosterona es convertida hacia dihidrotestosterona (DHT), esta hormona causa la morfogénesis del pene y de la glándula prostática (fig. 1). 12 Figura 1. Esquema general de la determinación sexual en mamíferos. (Imagen tomada de Gilbert 2005). Células germinales primordiales de mamíferos Todos los organismos que se reproducen sexualmente se originan a partir de la fusión de gametos: espermatozoide y óvulo. Los gametos se originan a partir de células germinales primordiales (CGP). En muchos casos (incluidos Drosophila melanongaster, Caenorhabditis elegans y Xenopus leavis), las células germinales primordiales son especificadas autónomamente por determinantes citoplasmáticos localizados en el gameto femenino y luego durante la segmentación son distribuidos a células específicas. En otros casos como las salamandras y mamíferos las células germinales son especificadas mediante interacciones entre las células vecinas. En aquellas especies en las que la determinación de las células germinales primordiales se lleva a cabo por la localización autónoma de proteínas y mRNA específicos, estos componentes citoplasmáticos son referidos colectivamente como el plasma germinal (Gilbert, 2005). 13 Al no existir un plasma germinal en mamíferos, las células germinales no son morfológicamente distintas durante el desarrollo temprano, por ello la línea germinal es inducida durante el desarrollo embrionario. En ratones, las CGP se forman en la región posterior del epiblasto en la unión del ectodermo extraembrionario, el epiblasto, la línea primitiva y la alantoides. En el día 6.5 del desarrollo embrionario la expresión de los genes BMP4 y BMP8b en el ectodermo extraembrionario le dan a ciertas células en esta área la capacidad para especificarse como CGP (Lawson et al., 1999; Ying et al., 2000). Este grupo de células capaces de generar CGP expresan el gen fragilis, el cual codifica para una proteína transmembranal. Sin embargo; estas células que expresan fragilis pueden formar CGP y algunas células somáticas. En el centro de este grupo de células está un pequeño grupo celular que también expresan el gen stella, estas células están restringidas exclusivamente al destino celular germinal (Saitou et al., 2002). Hasta hace algunos años se pensaba que los precursores de las CGP en el ratón migraban desde el epiblasto hacia el mesodermo extraembrionario y luego regresaban nuevamente hacia el embrión por el camino de la alantoides. Sin embargo, la capacidad para marcar células germinales primordiales empleando la proteína verde fluorescente y la observación de células vivas migrando han permitido reevaluar estos conceptos en mamíferos (Anderson et al, 2000; Molyneaux et al. 2001). En primer lugar, se sugiere que las CGP de mamíferos migran directamente hacia el endodermo desde la región posterior de la línea primitiva (se cree que las células que ingresan en la alantoides mueren). Estas células, las cuales están expresando stella se posicionan en el mesenterio del intestino posterior. Aunque las CGP tienen la capacidad de moverse activamente no pueden ir fuera del intestino hasta cerca del día 9 postcoitum (dpc). En este momento, las CGP salen del intestino pero todavía no migran a las crestas genitales. Sin embargo, al día siguiente se observa a las CGP migrando hacia las crestas genitales. Hacia los 11.5 dpc, las CGP ingresan en las gónadas en desarrollo. Durante esta migración han proliferado desde una población inicial de 10-100 células a una de 2500-5000 CGP presentes en a gónada hacia el día 12 del desarrollo embrionario. La migración de las CGP se lleva a cabo por movimientos pasivos y activos. La migración pasiva se presenta aproximadamente hacia la cuarta semanada del desarrollo en humanos, las CGP inician un proceso de traslocación que las lleva desde el endodermo del saco vitelino a través de la matriz extracelular del mesénquima del mesenterio dorsal hasta su localización 14 definitiva en los pliegues o primordios gonadales (Byskov, 1982; Byskov, 1986). Este proceso ocurre simultáneamente con una metamorfosis en la conformación del embrión que cambia de un aspecto inicial discoide a una configuración tubular. La nueva forma permite que el endodermo del saco vitelino sea incorporado al intestino posterior y que las CGP por tanto ocupen una posición intraembrionaria (Motta et al., 1997a; Fujimoto et al., 1985). Una vez dentro del embrión las CGP abandonan el epitelio del intestino posterior a través de brechas en la lámina basal epitelial (Fujimoto et al., 1985; Motta et al., 1997a) y se desplazan a hacia el mesénquima subyacente. Hasta este momento (quinta semanade desarrollo) el proceso de traslocación de las CGP es de tipo pasivo como se puede comprobar por sus características ultraestructurales y por su aspecto metabólico quiescente (Motta et al., 1997b). La migración activa usualmente está asociada a la motilidad de las células embrionarias y la acompañan modificaciones en sus características ultra estructurales. Así, el patrón cinético de una célula se puede alterar, cuando sobre ella actúan factores de crecimiento (Schiling et al., 1997), capaces de inducir la expresión de ciertos tipos de moléculas reguladoras de la motilidad como las proteínas del citoesqueleto y las proteínas de adhesión (Copper, 2002; Kuwana y Fujimoto, 1983) que determinan la aparición de un nuevo patrón estructural. Durante el proceso migratorio, no solo intervienen factores endógenos propios de las células, sino también la matriz extracelular gracias a interacciones de diferente índole entre sus componentes y las células migratorias (Motta et al., 1997; Kuwana y Fujimoto, 1983). Una vez que las CGP alcanzan el mesénquima del mesenterio dorsal, adquieren un nuevo patrón ultra estructural que las capacita para desplazarse activamente hacia los pliegues gonadales mediante movimientos de tipo ameboide (Motta et al., 1997; Byskov, 1982; Fujimoto et al., 1977). De esta manera, las CGP al iniciar la fase activa en su trayecto migratorio, modifican sus características pues adquieren una forma alargada (Fukuda, 1976), aumentan de modo marcado la actividad de la fosfatasa alcalina (Fujimoto et al., 1977), también aumentan el número de membranas del retículo endoplasmico rugoso, la envoltura nuclear se torna irregular (Motta et al., 1997) y comienzan a aparecer protrusiones de tipo lamelipodio (Jeon, 1973; Fujimoto et al., 1977; Schiling et al., 1997). Estos cambios indican que las CGP una vez que alcanzan una posición intraembrionaria adquieren capacidad de invasión tisular que les permite dirigirse por sí mismas de forma activa hacia los primordios gonadales (Schiling et al., 1997; Fukuda, 1976; Motta et al., 1997b). 15 Si bien, la ruta migratoria descrita por las CGP desde el endodermo del saco vitelino hasta los pliegues gonadales se ha identificado plenamente mediante métodos histoquímicos convencionales (Witschi, 1948; Chiquoine, 1954; Fujimoto, 1977; Fujimoto et al., 1985), los procesos a través de los cuales las células migratorias generan las fuerzas necesarias para desplazarse han sido objeto de debate. Sin embrago, se acepta que el principal mecanismo generador de fuerzas para la locomoción corresponden al ensamblaje de los haces y retículos de actina en el borde director seguido por la interacción entre la miosina y la actina tanto en dicho borde como en la parte posterior (Lodish et al., 2002). Las células germinales primordiales de mamíferos parecen estar estrechamente asociadas con las células sobre las que ellas migran, ya que éstas se mueven mediante la extensión de prolongaciones citoplasmáticas (Furukawa et al., 1997). Las CGP también son capaces de penetrar las monocapas celulares y de migrar a través de las láminas celulares. Los mecanismos por las cuales las CGP migran de manera activa aún se desconocen. La fibronectina parece ser un sustrato importante para la migración de las CGP, ya que las células germinales que carecen del receptor de integrina para tales proteínas de la matriz extracelular no pueden migrar hacia las gónadas (Anderson et al., 2000). También se ha propuesto que la direccionalidad puede ser proporcionada por un gradiente de proteína soluble. La evidencia in vitro sugiere que las crestas genitales de los embriones de ratón de 10.5 dpc secretan una proteína difusible tipo TGFβ1 que es capaz de atraer a las CGP de ratón (Godin et al., 1990). Sin embargo, si la cresta genital es capaz de proporcionar tales señales aún no ha sido demostrado experimentalmente (Gilbert, 2005). Aunque la presencia de un plasma germinal en mamíferos no ha sido establecida, la retención de la totipotencialidad de la línea germinal ha sido correlacionada con la expresión de un factor de transcripción nuclear, Oct4. Este factor es expresado en todos los núcleos de las blastomeras de segmentación temprana pero su expresión llega a ser restringida a las células de la masa celular interna. Durante la gastrulación éste llega a ser expresado únicamente en aquellas células epiblásticas posteriores que se piensa dan origen a las CGP. Posteriormente en el desarrollo, la proteína de OCT4 se observa solamente en las CGP y tardíamente en los ovocitos. OCT4 no se observa en los espermatozoides en desarrollo, es decir después de que las células germinales alcanzan los testículos y se comprometen a la producción de espermatozoides (Gilbert, 2005). 16 La proliferación de las CGP parece ser estimulada por el factor de célula madre, el mismo factor de crecimiento involucrado en la proliferación de melanoblastos derivados de la cresta neural y de células madre hematopoyéticas. Este factor se une y activa al receptor Kit de tirosina cinasa codificado por White y es producido por las células que revisten el camino de migración de las CGP y mantiene unidas las membranas celulares. Parece que la presentación de esta proteína sobre las membranas celulares es importante para su actividad. Ratones homocigotos para las mutaciones en los genes que regulan el factor de célula madre o su receptor c-Kit son deficientes en el número de células germinales, así como también en la cantidad de melanocitos y células sanguíneas (Dolci et al., 1991; Matsui et al 1991). El agregado de factor de célula madre a las CGP tomadas de embriones de ratón de 11 dpc estimula su proliferación por cerca de 24 horas y parece impedir la muerte celular programada (Godin et al., 1990; Pesce et al., 1993). Las CGP son fácilmente identificables al microscopio de luz cuando se encuentran en el endodermo del saco vitelino pues no solo son más grandes y más claras que las células somáticas vecinas (Byskov, 1982; Motta et al., 1997), sino que además son basofilas (Zamboni y Merchant, 1973) y exhiben actividad de la enzima fosfatasa alcalina en su citoplasma periférico. La observación de las CGP al microscopio electrónico de transmisión y al microscopio electrónico de barrido, permiten apreciar su forma redonda y un diámetro que oscila entre 15 y 20 mm. El núcleo esférico ocupa una posición excéntrica y contiene una cromatina granular muy fina y un número variado de nucléolos (Byskov, 1982). El retículo endoplasmico rugoso es abundante al igual que los poliribosomas libres. Cerca del núcleo se observan mitocondrias esféricas con crestas lamelares, así como un complejo de Golgi pequeño (Motta et al., 1997; Jeon y Kennedy, 1973). Asociadas con el núcleo y con las mitocondrias, se encuentra una inclusión citoplasmática muy particular propia de las CGP tanto femeninas como masculinas llamada nuage (del francés nube). La nuage está constituida por una masa electrodensa formadas por material fibroso o granular muy semejante a los gránulos polares ricos en ARN, característicos del plasma de las CGP en invertebrados no mamíferos (Eddy, 1974). El significado funcional de esta inclusión se relaciona con aumento en la actividad mitótica de las CGP y con determinación de la línea celular germinal a partir de las células somáticas del epiblasto. Las reservas energéticas de las CGP están representadas por depósito de glucógeno y gotas lípidicas necesarias para la migración hacia los pliegues gonadales (Byskov, 1982; Fukuda, 1976). También se encuentran unos pocos microfilamentos, 17 centriolos y microtúbulos así como aéreas focales de contacto estrecho con las células vecinas (Pereda y Motta, 1991). La llegada de las CGP a la gónada y la pérdida de sus características migratorias marcan el inicio de otra fasede su desarrollo. Las CGP junto con varios tipos de células somáticas presentes en la cresta genital inician la formación de la gónada indiferenciada. Diferenciación gonadal Establecimiento de la gónada indiferenciada La gónada presenta una situación embriológica única, ya que presenta dos opciones cuando se diferencia: puede desarrollarse hacia un ovario o un testículo. Esta decisión binaria depende del sexo genético del individuo y de la adecuada manifestación de eventos tanto morfológicos como fisiológicos que establecerán el futuro desarrollo sexual del organismo (Gilbert, 2005). De acuerdo con esto, la gónada de mamíferos se desarrolla a través de un estadio bipotencial (indiferente) durante el cual no presenta características morfológicas femeninas ni masculinas (Wilhelm et al., 2006). Las células somáticas que conforman la gónada son de tres tipos: mesenquimáticas (laxamente distribuidas), mesoteliales (del epitelio celómico) y endoteliales (provenientes de los vasos que invaden la zona). Las células mesenquimáticas y mesoteliales inician una gran actividad al llegar las CGP. Se observa entonces una condensación de células de origen mesotelial y mesenquimático fundamentalmente, de manera que forman un agregado compacto que se denomina "blastema gonadal". A partir de este primordio embrionario, se diferencian dos tejidos gonadales importantes: los cordones sexuales y el estroma. Los cordones sexuales son arreglos epiteliales que se encuentran delimitados por una lámina basal y dentro de ellos encontramos a las CGP. Por otro lado, en el estroma se encuentran células de tipo mesenquimático y vasos sanguíneos que irrigan a la gónada indiferenciada. Cabe mencionar la presencia de algunos túbulos del mesonefros vecino, que desde esta etapa inicial mantienen estrecha relación con la gónada (Wilhelm et al., 2006). La gónada indiferenciada surge del mesodermo intermedio, formando una estructura que se encuentra a ambos lados del embrión llenando gran parte de la cavidad celómica durante la 18 primera mitad del desarrolloo. Esta región, comprende tres segmentos de la cresta urogenital donde se distinguen de delante hacia atrás: 1) el pronefros, que incluye los primordio adrenales cerca de su extremo caudal, 2) el mesonefros, la región central desde el cual surge la gónada, y 3) la metanefros, la región más posterior de la cual las formas de riñón. Las gónadas surgen en la superficie ventromedial del mesonefros en 10.5 dpc. Las células del epitelio celómico parecen proporcionar una fuente de células para el crecimiento de la cresta genital, mientras que el reclutamiento de células subyacentes de la población del mesonefros también aumenta la población de células en el primordio gonadal en machos. Desde las primeras etapas de desarrollo gonadal, los túbulos mesonéfricos pueden formar puentes continuos a las células epiteliales de la gónada en las crestas genitales masculinas y femeninas (Karl y Capel, 1995). Estas estructuras, que han sido descritas previamente en estudios de microscopía electrónica (Upadhyay et al., 1981), son evidentes por proyección de imagen confocal de las gónadas toda positivas a laminina y E-cadherina, aun no se ha definido la función de estas conexiones. La gónada de mamíferos temprana es un primordio indiferenciado compuesto por células precursoras bipotencial que puede seguir uno de dos posibles destinos. Precursores de células de soporte (llamado así por su papel en el mantenimiento y alimentar las células germinales en ambos sexos) y las células secretoras de esteroides que se cree están presentes en la gónada temprana (Merchant-Larios et al., 1993). En apoyo los precursores de células siguen despeguando del epitelio celómico hasta 11,5 dpc (Karl y Capel, 1998). En humanos, los esbozos de la gónada aparecen en el mesodermo intermedio durante la cuarta semana de desarrollo y se mantienen sexualmente indiferentes hasta la séptima semana. Estos esbozos gonadales son regiones pares del mesodermo intermedio que se forman adyacentes a los riñones en desarrollo. Las porciones ventrales de los esbozos gonadales están compuestas del epitelio de la cresta genital. Durante el estadio indiferenciado, el epitelio de la cresta genital prolifera y se extiende hacia el tejido conectivo laxo mesenquimático y por arriba de éste se encuentran las capas epiteliales que forman los cordones sexuales. Las células germinales migran hacia la gónada durante la sexta semana en humanos y son rodeadas por los cordones sexuales. En ambas gónadas XY y XX, los cordones sexuales se mantienen conectados al epitelio superficial (Gilbert, 2005). Por lo tanto, el estado indiferenciado de la gónada corresponde a la colonización de la cresta gonadal por parte de las CGP y a la proliferación de células somáticas de la región urogenital, que darán origen tanto al tejido epitelial, como al tejido estromático, que constituyen a su vez los 19 elementos histológicos precursores del ovario o del testículo en hembras o machos respectivamente. Diferenciación testicular Si el feto es XY, los cordones sexuales continúan proliferando, extendiéndose profundamente hacia el tejido conectivo. Estos cordones forman una red de cordones sexuales internos (medulares), y en el extremo más distal, la delgada rete testis. Por último, los cordones sexuales ahora denominados cordones testiculares pierden su contacto con el epitelio superficial y se separan de este por una gruesa matriz extracelular, la túnica albugínea. Por lo tanto, cuando las células germinales que ingresan a las gónadas masculinas son rodeadas por células somáticas, precursoras de las células de Sertoli, formando los cordones testiculares (Albrecht y Eicher, 2001) un inhibidor de la meiosis parece ser producido por los cordones sexuales masculinos y las células germinales no iniciaran la meiosis hasta la pubertad (McLaren y Southee, 1997). La diferenciación del testículo es inducida por la expresión de Sry en un subgrupo de células somáticas que son inducidas a diferenciarse en células de Sertoli, que se cree que actúa como el centro de organización de la gónada masculina y orquestan la diferenciación de todos los otros tipos celulares (Berta et al., 1990). Las células precursoras de Sertoli expresan el gen Sry (Albrecht y Eicher, 2001), considerado el factor determinante de la diferenciación testicular (Koopman et al., 1990). El tiempo y localización de la expresión de MIS correlacionado con la expresión del Sry, sugiere que el Sry podría expresarse en las células de Sertoli para llevar a cabo su diferenciación y, posteriormente, todos los demás eventos del desarrollo del testículo. Con base en esto, el gen Sry podría estar regulando el inicio de la expresión de MIS. En gónadas fetales, se ha encontrado que el producto del Sry interactúa con los promotores de MIS y de aromatasa P450 y se ha propuesto que la regulación de estos dos genes directamente controla la diferenciación de la gónada hacia testículo. Las células del estroma que rodean a los cordones testiculares se diferencian para formar varios tipos celulares: células miodes, fibroblastos, endotelios y células de Leydig, estas últimas son importantes por su actividad endocrina (Wilhelm et al., 2006). 20 Diferenciación ovárica En hembras, las células germinales se localizan cerca de la superficie externa de la gónada. Estas células germinales son requeridas por las células somáticas gonadales para completar su diferenciación a tejido ovárico (McLaren, 1991). A diferencia de los machos, en una rápida ráfaga de diferenciación testicular se desencadena por la expresión de Sry, en las hembras, la gónada fetal parece inerte durante varios días en el ratón. Sin embargo, la expresión de genes específicos en la hembra se han informado a los 11,5 dpc (Bowles et al.,2000; Bullejos et al., 2000; Jorgensen y Gao, 2005; Nef et al., 2005; Yao et al., 2004). Además, el análisis histológico detallado reveló que entre 13,5 a 15,5 dpc, sufre una remodelación pobremente diferenciada. Los presuntos ovocitos desarrollan quistes interconectados unidos por puentes citoplasmáticos (Pepling y Spradling, 1998). También hay un alto grado de vascularización, con una densa red de pequeños vasos que se hacen visibles sólo por el uso de marcadores moleculares (Bullejos et al., 2002). Estos vasos delimitar cadenas de células germinales, también conocidos como cuerdas ovígeras (Odor y Blandau, 1969; Konishi et al., 1986). La función de esta vascularización no se conoce. Para la vasculatura macho-específico plantea una hipótesis, la cual dice, que es más prominente en comparación con la hembra, ya que podría ser necesario para el transporte de las hormonas esteroideas producidas en los testículos, pero no en el ovario en esta etapa de desarrollo. Un examen más detallado reveló que esta vasculatura macho-específicos se compone de arterias en lugar de las venas (Brennan et al., 2002). Esto podría sugerir que los vasos en los varones y las hembras pueden desempeñar la misma función, es decir, para ofrecer los factores exógenos de crecimiento a los somáticos y / o las células germinales, y que las diferencias en los patrones son los efectos secundarios debido a la diferente organización morfológica (testículo cordones vs cordones ovígeros). El ratón presenta lo que se denomina meiosis inmediata, es decir, que se inicia un poco después de la diferenciación sexual de la gónada. Entre los 13 y 14 dpc se observan ovocitos en las primeras etapas de la profase I de la división meiótica. Entre los 15 y 16 dpc, la mayoría de los ovocitos se encuentran en etapas de cigoteno y paquiteno, esta última representada por la presencia de complejos sinaptinémicos. Es durante estas dos etapas que ocurre un proceso de degeneración de algunos ovocitos. Iniciada la meiosis, principia a su vez el proceso de foliculogénesis, que se define como la formación de folículos primordiales en el ovario de los 21 mamíferos. Los ovocitos se individualizan al ser rodeados por células foliculares y una lámina basal. A diferencia de los cordones sexuales del macho, que continúan su proliferación, los cordones sexuales iniciales de las gónadas XX degeneran. Sin embargo, el epitelio rápidamente produce un nuevo grupo de cordones sexuales que no penetran profundamente hacia el mesénquima, pero se localizan cerca de la superficie externa (corteza) del órgano. Por lo tanto, estos se denominan cordones sexuales corticales. Estos cordones se separan en grupos, en los que cada uno de los grupos rodea a una célula germinal. Las células germinales llegaran a ser los gametos femeninos maduros y los cordones sexuales corticales que las rodean se diferenciaran hacia células de la granulosa. Las células mesenquimáticas del ovario se diferenciaran hacia células tecales. Juntas las células tecales y las de la granulosa formaran los folículos que envuelven a las células germinales y secretan hormonas esteroides. La formación de folículos primordiales es dependiente de la presencia de ovocitos. Su ausencia impide que se formen los folículos (Merchant, 1976). La mayoría de los folículos sufren el proceso de atresia folicular, que parece jugar un papel importante en la diferenciación del tejido intersticial esteroidogénico del ovario conocido con el nombre de glándula intersticial. La atresia folicular ocurre en cualquier momento de la vida del organismo y parece ser que algunas células de la teca interna que rodean al epitelio folicular se hipertrofian y forman pequeños cúmulos de células esteroidogénicas localizadas en el estroma (Merchant y Centeno, 1981). Ovogénesis en mamíferos Cuando las células germinales primordiales han alcanzado la gónada femenina, estas se diferencian hacia ovogonios, para ello las células germinales primordiales experimentan sucesivas divisiones mitóticas para posteriormente iniciar la división meiótica quedando detenidas en la primera profase I de la primera división meiótica y reanudar la meiosis una vez que se dan las señales hormonales correctas, este proceso se denomina ovogénesis (Borum, 1961). La ovogénesis es el proceso por el cual los ovarios producen gametos femeninos. Los mecanismos de la ovogénesis es diferente entre las especies, ya que los patrones de reproducción varían enormemente, tales como en el erizo de mar y las ranas donde la hembra produce rutinariamente cientos o miles de huevos en un momento mientras que en otras especies, como los humanos y la mayoría de los mamíferos solo producen unos pocos gametos femeninos durante el tiempo de vida del individuo (Gilbert, 2005). 22 En las especies que producen miles de gametos femeninos las células germinales, denominadas ovogonias son células que se autorenuevan y perduran por toda la vida del organismo. En los mamíferos, la ovogonia se divide para formar un limitado número de células precursoras de gametos femeninos. En el embrión humano mil o más ovogonias se dividen rápidamente desde el segundo hasta el séptimo mes de gestación para formar 7 millones de células germinales. Sin embargo, después del séptimo mes de desarrollo embrionario, el número de células germinales decae precipitadamente. La mayor parte de la ovogonias mueren durante este periodo, mientras que las ovogonias restantes entran en la primera división meitótica (Pinkerton et al. 1961). Estas últimas células denominadas ovocitos primarios progresan a través de la primera fase meiótica hasta el estadio de diploteno, punto en el que serán mantenidas hasta que la hembra madura, con el comienzo de la pubertad grupos de ovocitos reinician periódicamente la meiosis, por lo tanto en los humanos las primeras fases de la meiosis comienzan en el embrión y posteriormente se reiniciara alrededor de los 12 años. En la pubertad un grupo de folículos es establecido y mantenido continuamente a través de los folículos primordiales, estos folículos comienzan a madurar y alcanzan cuatro estadios: folículo primario, secundario o pre-antral, antral, y de Graaf, el proceso de maduración de los folículos es denominado foliculogénesis. Foliculogénesis La foliculogénesis es el proceso de maduración del folículo ovárico, una estructura compuesta por células de la granulosa que rodea el ovocito y dentro de la cual se desarrolla la ovogénesis o división meiótica del ovocito (Pedersen, 1972) . Este proceso de foliculogénesis se ha dividido en tres etapas: i) Los ovocitos se encuentran agrupados, haciendo contacto directo entre sí en el interior de los cordones sexuales. ii) Los ovocitos son separados dentro de los cordones por las células epiteliales. iii) Los ovocitos y las células pre-foliculares rodeadas por una lámina basal son separados por células del estroma. De esta manera se forma la unidad folicular compuesta de dos tipos de células: la granulosa y células de la teca externa e interna (Merchant y Chimal, 1989). http://es.wikipedia.org/wiki/Fol%C3%ADculo_ov%C3%A1rico http://es.wikipedia.org/wiki/Ovocito http://es.wikipedia.org/wiki/Ovog%C3%A9nesis 23 Células de la granulosa Este tipo celular presenta la capacidad de sintetizar las tres clases de esteroides sexuales, pero es mayor la producción de estrógenos. La actividad de la aromatasa (P450arom) se encarga de la conversión de andrógenos a estrógenos y parece ser un factor limitante en la producción ovárica de estrógenos. La aromatización es inducida por la acción de la FSH. En las células de la granulosa se encuentran receptores para FSH y su número también es un factor limitante en la producción hormonal. Una de las principales acciones de la FSH en esta etapa del ciclo es aumentar el número de sus propiosreceptores en el folículo. Además, en conjunto con los estrógenos, ejerce un efecto mitogénico sobre las células de la granulosa (Junqueira, 1988). La FSH no solo interviene en iniciar la síntesis de estrógenos; también estimula el crecimiento de las células de la granulosa. Esta acción es mediada por el sistema de la adenil-ciclasa en conjunto con factores de crecimiento, prostaglandinas y péptidos. A medida que las células proliferan, hay un grado de diferenciación entre ellas, posiblemente relacionado con su cercanía al ovocito. Las células de la granulosa tienen también receptores específicos para andrógenos, los cuales no solo sirven como substrato para la aromatización inducida por FSH, sino que en concentraciones bajas pueden estimular la acción de la P450arom. Cuando el folículo preantral es expuesto a un medio rico en andrógenos se favorece la conversión de androstendiona a compuestos 5-α reducidos, que no pueden ser transformados a estrógenos e inhiben la acción de la P450arom. En el mismo sentido, también se inhibe la inducción de receptores para LH por FSH lo cual conduce a la atresia del folículo. Teca interna Está formada por células conjuntivas, fusiformes u ovales, que se disponen en varias hileras que rodean la capa de granulosa. Las células que componen esta capa, al igual que las células de granulosa, son hormonalmente activas y sus citoplasmas contienes grasas y un pigmento amarillo, constituyen cerca del 25 del cuerpo celular lúteo. Esta capa contiene abundantes vasos, que se disponen formando un rico plexo vascular (Junqueira, 1988). 24 Teca externa Constituida por células conjuntivas que se dispone fuera de la teca interna. La conforman células fusiformes u ovales semejantes a las células que componen el estroma ovárico. Tras la ovulación, el folículo roto se colapsa y queda ocupado por un coágulo hemorrágico, formándose el cuerpo lúteo (Junqueira, 1988). Por efecto de la hormona luteinizante (LH) secretada por la hipófisis, las células de la teca externa adquieren las características de células secretoras de esteroides y secretan progesterona. Estas células reciben el nombre de células luteínicas de la granulosa. La producción de niveles altos de progesterona inhibe la producción de LH. Folículos primordiales Dentro de los primeros 3 días después del nacimiento, una rápida reorganización de la morfología ovárica se hace evidente. Los puentes intercelulares entre los ovocitos en los cordones ovígeras se descomponen, y los ovocitos son estrechamente rodeados por una monocapa de epitelio aplanado, y células escamosas denominadas pre-granulosa. Estos folículos primordiales definitivos son separados por una membrana basal que rodea las células pre-granulosa. Al mismo tiempo, hay una reorganización morfológica del ovario en compartimentos, la corteza, donde residen los folículos primordiales, y el bulbo raquídeo. Durante la formación de los folículos primordiales, los altos niveles de apoptosis se producen ovocitos (Borum, 1961; Beaumont y Mandl, 1963). Las señales de esta muerte celular programada no se conocen, pero es probable que sea una combinación de señales intercelulares (cada ovocito deben estar rodeados por un número suficiente de células pregranulosa) y las señales intracelulares (el ovocito tiene que ser suficientemente en forma para el progreso más adelante). Esta muerte celular masiva limita el número de folículos primordiales. Proliferación de las células germinales femeninas sólo tiene lugar durante la embriogénesis, en contraste con la proliferación continua de células germinales masculinas, pero se ha pensado durante mucho tiempo que la hembra tiene un número finito de folículos primordiales, que, junto con la tasa de agotamiento de este grupo, determina la duración de la vida reproductiva femenina. Este dogma ha sido cuestionado por los informes recientes de la línea de células madre germinales (GCS) de residir en la médula ósea. Este conjunto de células troncales del ovario puede reponer con nuevos ovocitos (Johnson et al., 2005, 2004), una posibilidad emocionante que aún no se ha justificado. 25 El comienzo de la foliculogénesis está marcado por el crecimiento inicial de un folículo primordial, el cual consiste de un ovocito detenido en estado de diplóteno de la profase meiótica y una capa única de células de la granulosa, rodeados por una lámina basal. El número de folículos que crece en cada ciclo parece ser dependiente del tamaño del "pool" residual de folículos inactivos. El folículo destinado a crecer se cree que es seleccionado desde los primeros días del ciclo. El ovocito junto con las células epiteliales planas que lo rodean se denomina folículo primordial. Estos folículos primordiales se encuentran incluidos en la corteza ovárica por debajo de la túnica albugínea, tienen un citoplasma eosinófilo, y un núcleo excéntrico con un único nucléolo prominente. Folículos primarios A medida que el ovocito primario comienza a crecer las células foliculares que lo rodean cambian de forma plana a cubica y proliferan para formar un epitelio estratificado de células de la granulosa, la unidad se denomina ahora folículo primario (Pedersen y Peters, 1968). Las células de la granulosa se apoyan sobre una membrana basal que las separa de las células del estroma circundante que forman la teca folicular. Se organizan en una capa interna de células secretoras, la teca interna y una capsula fibrosa externa la teca externa. Así mismo pequeñas prolongaciones digitiformes de las células foliculares atraviesan la zona pelúcida y se interdigitan en las microvellosidades de la membrana plasmática del ovocito. Estas prolongaciones son importantes para el transporte de sustancias desde las células foliculares del ovocito. Folículos secundarios Las células granulosas empiezan a sintetizar el líquido folicular, por lo que se pueden observar cavidades llenas de líquido folicular entre estas. Se diferencia la teca interna y la teca externa donde las células empiezan a sintetizar estrógenos, y entre ellas hay numerosos capilares. La teca externa contiene fibroblastos, fibrocitos y fibras de colágen (Pedersen y Peters, 1968; Richards, 2001). 26 Folículos Pre-antrales A medida que continúa el desarrollo aparecen espacios ocupados por líquido entre las células de la granulosa. El ovocito queda sostenido por una columna de células foliculares (cumulus oophorus) y rodeado por varias capas de células foliculares (corona radiada). El líquido folicular rodea a la corona radiada y éste queda rodeado por las células de la granulosa (Johan et al.,2002). El ovocito alcanza su mayor crecimiento y madurez por influencia hormonal de la adenohipófisis (FSH y LH). Sólo un folículo tiene aptitud gametogénica y por ser dominante posee mayor cantidad de receptores para FSH y LH, los demás folículos degeneran y se tornan atrésicos (Pedersen y Peters, 1968). . Folículos Antrales o de De Graaf El folículo continúa su crecimiento después de ser seleccionado como dominante y entra en el estado pre-ovulatorio, conocido también como folículo de De Graaf. Las células de la granulosa aumentan y adquieren inclusiones lipídicas, mientras que la teca se vuelve vacuolada y altamente vascularizada (Pedersen y Peters, 1968; Richards, 2001). A medida que llega a su madurez, aumenta la secreción de estrógenos, llegando a producir un pico 24 a 36 horas antes de la ovulación. Este pico estrogénico induce la aparición del pico de LH. A través de la acción sobre sus propios receptores, la LH induce la luteinización de la granulosa, aumentando la producción de progesterona. La progesterona afecta la retroalimentación positiva a los estrógenos, actuando directamente sobre la hipófisis y ayudando a la aparición del pico de LH. El ovocito reasume la meiosis.Llegando a la madurez es mayor la cantidad de estrógenos producida. Al iniciarse el pico de LH, los demás folículos son conducidos a la atresia por su menor contenido de estrógenos y FSH, por lo cual se vuelven androgénicos. Genes involucrados en el desarrollo folicular El desarrollo del folículo ovárico es un proceso complejo que comienza con el establecimiento de un pool finito de folículos primordiales y culmina con la degradación de los folículos atrésicos o la liberación del ovocito maduro para su fertilización. El uso de ratones transgénicos ha proporcionado información relevante sobre los mecanismos de desarrollo y crecimiento del folículo ovárico, principalmente sobre genes que controlan los procesos de desarrollo de los folículos (Fig. 2). Algunos de estos genes afectan al ovario a través de mecanismos directos, 27 mientras que otros lo hacen a través de mecanismos indirectos. Los modelos transgénicos permiten describir los fenotipos de mutaciones genéticas que afectan directamente el desarrollo ovárico, específicamente la formación de folículos primordiales, el crecimiento folicular, y la producción de hormonas o factores de crecimiento que regulan la foliculogénesis (Barnett et al., 2006). Figura 2. Genes expresados en el desarrollo de los folículos primordiales, primarios, preantrales y antrales. (Imagen modificada de Barnett et al., 2006). Ciclo reproductor y maduración del ovocito en mamíferos Un ciclo reproductivo es el conjunto de acontecimientos fisiológicos que se producen en el ovario, a intervalos de tiempo cíclicos, como consecuencia de las variaciones en los niveles hormonales. Existen dos tipos de ciclos: el menstrual y el estral. http://es.wikipedia.org/wiki/Ovario 28 Ciclo menstrual Se pensaba que era típico de primates, sin embargo; ahora se conoce que se encuentra en otros mamíferos como los murciélagos, este ciclo se denomina menstrual por la periodicidad característica en la maduración y liberación de gametos femeninos debido a que este supone el desprendimiento periódico de sangre y tejido endotelial desde el útero a intervalos mensuales en la mayoría de los casos. La característica externa es la salida espontánea de flujo sanguinolento producido por la necrosis del endometrio uterino (del latín menstruus: mensual). En la primera parte del ciclo menstrual denominada fase proliferativa o folicular, la hipófisis comienza a secretar cantidades cada vez mayores de FSH, esta hormona induce la formación de receptores LH sobre las células de la granulosa. Poco tiempo después de este periodo de crecimiento folicular inicial, la hipófisis comienza a secretar LH que rompe el bloqueo meiótico dictiado de las células germinales para que experimenten la primera división meiótica. Aunque el mecanismo detallado de la ovulación todavía no se conoce, la expulsión física del ovocito desde el folículo parece ser el resultado de un aumento de colagenaza, activadora del plasminógeno y de prostaglandinas, inducida por la LH (Leimaire et al. 1973). Luego de la ovulación comienza la fase lútea del ciclo menstrual. Las células remanentes del folículo después de la ovulación y bajo la influencia continua de la LH, se convierten en el cuerpo lúteo. El cuerpo lúteo secreta progesterona, que prepara el tejido uterino para la implantación del blastocisto, estimulando el crecimiento de la pared uterina y de sus vasos sanguíneos. Si el ovocito no es fecundado, el cuerpo lúteo degenera y cesa la secreción de progesterona y se desprende la pared uterina. Con la disminución de progesterona la hipófisis secreta FSH y el ciclo se repite. Sin embargo si se produce la fecundación, el trofoblasto secreta una nueva hormona luteotrofina, que hace que el cuerpo lúteo se mantenga activo y que se mantengan elevados los niveles séricos de progesterona. La menstruación en los murciélagos filostomidos es diferente de la de los primates en varios aspectos. Uno de ellos es el tiempo, ya que considerando que la menstruación en el mono rhesus y en los humanos normalmente comienza alrededor de los 14 días después de la ovulación, sin embargo en los murciélagos el proceso es generalmente periovulatorio. 29 Glossophaga soricina tiene un ciclo que va desde aproximadamente 22-26 días de duración (Rasweiler, 2000). En los seres humanos y los monos rhesus, la mayor parte de la actividad mitótica endometrial se produce durante la fase folicular o pre-ovulatoria del ciclo menstrual y disminuye relativamente poco después de la ovulación. En G. soricina, debido al momento particular de su menstruación, los cambios regenerativos en el endometrio son limitados antes de la ovulación. Los bajos niveles de actividad mitótica son evidentes en las glándulas y el estroma alrededor de los días 20-22 del ciclo, pero no de forma abundante en los componentes del útero alrededor de los días 23 y 24 (inmediatamente antes de la ovulación). En G. soricina, sin embargo, una importante actividad mitótica sigue en las glándula del endometrio hasta aproximadamente el día 13 del ciclo y en el estroma endometrial hasta aproximadamente el día 15 (Rasweiler, 1970, 1979). La implantación en esta especie se inicia en los días 12-14, a diferencia de los primates superiores (Noyes et al., 1950; Bartlemez et al., 1951; Bensley, 1951; Ferenczy et al., 1979; Tabibzadeh, 1990), y el mayor crecimiento del endometrio en este murciélago es en la etapa post-ovulatoria. Esto se asocia con la retención prolongada de los embriones en el oviducto y el desarrollo de una fase extraordinariamente larga del blastocisto libre en la zona pelúcida (Rasweiler 1972, 1974). En los murciélagos filostómidos la menstruación es claramente resultado de un proceso degenerativo que culmina en la degradación del endometrio sustancial, y es generalmente asociados en estos murciélagos con la regresión del cuerpo lúteo (Rasweiler, 1970; Rasweiler y Bonilla, 1992). Ciclo estral En este se presenta un patrón de ovulación periódica, en el que la hembra ovula solamente en momentos específicos de año. Lo más característico de este tipo de ciclo, es la manifestación de receptividad sexual, por periodos limitados, por parte de las hembras (esto viene del griego, significa "frenesí o pasión"). En estos animales las señales ambientales, principalmente la cantidad y tipo de luz durante el día estimulan al hipotálamo a secretar la hormona liberadora de gonadotrofina. Este factor estimula a la hipófisis a liberar gonadotrofinas (hormona folículo estimulante [FSH] y hormona Luteinizante [LH]) que inducen la secreción de estrógeno por parte de las células del folículo ovárico. El estrógeno ingresa en ciertas neuronas y provoca el patrón de conducta del apareamiento característico de la especie. Las gonadotrofinas también 30 estimulan el crecimiento folicular e inician la ovulación (Gilbert, 2005). Las fases del ciclo estral son cuatro: 1. Estro: periodo de receptividad sexual, al final del cual se produce la ovulación. (hormona: LH ) 2. Metaestro: periodo de desarrollo inicial del cuerpo lúteo que comienza al final del estro. (hormonas: progesterona) 3. Diestro: período de actividad del cuerpo lúteo maduro que comienza después de la ovulación y finaliza con la lúteolisis. (Hormonas: progesterona y estrógeno) 4. Proestro: periodo de crecimiento folicular que se inicia con la regresión del cuerpo lúteo y culmina con la aparición del estro. (hormona: FSH). En cuanto ciclo estral en murciélagos las hembras se inicia desde el desarrollo de un óvulo, hasta su culminación, presenta cinco fases (Ruiz-Gutiérrez, 2005). . 1. Proestro: se inicia el desarrollo folicular y el endometrio comienza a desarrollarse. 2. Estro: en esta fase ocurre la ovulación, y es cuando las hembras son receptivas, por lo tanto en esta fase ocurrenlos apareamientos. 3. Metaestro: aquí el óvulo es fertilizado y viaja a través del oviducto y se desarrolla el cuerpo lúteo. 4. Diestro: aquí es cuando ocurre la preñez, por lo tanto el cuerpo lúteo madura y el endometrio completa su diferenciación, ocurre la implantación, y se inicia el desarrollo de la placenta. Esta fase termina con el nacimiento de las crías, o cuando el endometrio es reabsorbido si la preñez no ocurre. 5. Anestro: durante esta fase la hembra es reproductivamente inactiva (Guerrero Enríquez, 1994). Neo-ovogénesis El dogma de la biología reproductora (Zuckerman, 1951) establece que la ovogénesis después del parto no tiene lugar en mamíferos, es decir que la formación de ovocitos a partir de células germinales (CG) solo se lleva a cabo durante la etapa fetal, por lo que en la vida postnatal se establece un número fijo de células germinales (CG), y su número se ve reducido conforme avanza la edad. En resumen, en un organismo adulto la regeneración de ovocitos no se lleva a cabo (Borum, 1967; Peters y Crone, 1967). Sin embrago, este dogma de la biología 31 reproductiva ha sido impugnado por diferentes estudios que evidencian la presencia de mitosis activa en células germinales de ovarios de ratones jóvenes y adultos, así como una discordancia matemática en el número de folículos en un ovario adulto. Por lo que, el origen de los ovocitos (y folículos primordiales) en los ovarios de hembras adultas de mamíferos sigue siendo motivo de controversia. Waldeyer en 1870 propuso que las células germinales surgen de la proliferación del epitelio celómico de la gónada, mientras que la teoría de Weissmann (1885) sobre la continuidad del plasma germinal, asume que en las primeras etapas del desarrollo embrionario, un conjunto de células germinales se reserva, las cuales están destinadas a formar gametos. Con el desarrollo de nuevas técnicas se ha demostrado que la teoría de Weissmann puede encajar en invertebrados C. Elegans y D. melanongaster y algunos vertebrados inferiores como en D. reiro (pez cebra) y X. leavis (ranas), pero no es aplicable en mamíferos. Generalmente se acepta que en algunos organismos invertebrados, como D. melanogaster, células progenitoras de la línea germinal mantienen la producción de ovocitos en ovarios adultos. Johnson y colaboradores (2004; 2005) han demostrado que en la superficie del ovario de ratones adultos se encuentran células troncales de la línea germinal que sostienen la renovación de ovocitos postnatal. Kerr y colaboradores (2006) basando su estudio también en ratones, demostraron el mantenimiento del número de folículos primordiales desde la vida postnatal temprana a media. Recientemente se han publicado estudios que indican la presencia de células germinales con actividad mitótica en la superficie del epitelio en ovarios de ratón juveniles y adultos evidenciada por la expresión de un marcador específico de células germinales (Vasa) y por la incorporación de BrdU, que muestra los cambios en la cromatina ubicando a las células principalmente en metafase y prometafase. En otros estudios realizados en dos especies de prosimios Loris tardigradus y Nycticebus coucang, también se evidencia actividad mitótica en células germinales de ovarios adultos (Duke, 1967; David et al., 1974). Otros autores, han encontrado otra línea de investigación que involucra la existencia de células troncales de línea germinal, las cuales pueden generar nuevos ovocitos en el ovario de ratón adulto, ya que estas células derivadas de la medula ósea o la sangre periférica, pueden servir para reponer continuamente el suministro de ovocitos en el ovario después del nacimiento (Zhang et al. 2008). También se ha demostrado la ovogénesis en cultivos de 32 células troncales embrionarias de ratón, donde las ovogonias entran en meiosis, reclutando células adyacentes para formar folículos (Hübner et al., 2003; Geijsen et al. 1992). Células germinales pueden ser purificadas de ovarios de ratones recién nacidos o de adultos y mantenidas in vitro durante meses, los estudios demostraron que el trasplante de estas células genera ovocitos en ovarios depletados de células germinales por quimioterapia. Si bien estos resultados no demuestran que la ovogénesis se produce en mujeres adultas en condiciones fisiológicas, apoya firmemente la existencia de células progenitoras de la línea germinal en ovarios de ratón adulto (Tilly y Telfer, 2009a). Un estudio realizado por Bukovsky y col. (2004), indica que los ovocitos de ratón in vitro, pueden ser derivados de líneas somáticos como las células mesenquimales en la túnica albugínea, donde estas células son progenitores bipotenciales que presentan un compromiso a ser células de la granulosa o células germinales primitivas, este mecanismo representa una sofisticada adaptación en la reproducción femenina. El mecanismo que estos autores proponen es: citoqueratinas más células mesenquimales en la túnica albugínea del ovario, se diferencian en epitelio superficial formando células mesenquimoepiteliales, segmentos del epitelio superficial quedan directamente relacionado con la corteza del ovario formando cordones epiteliales, y es en esta zona donde se originan las células germinales. También Bukovsky (2004, 2005) ha sugerido que una generación cíclica de ovocitos ocurre en el ovario humano. Contrario a estos hallazgos, Liu y col. (2007) estudiando el ovario adulto en humanos no encontraron evidencia de la formación de nuevos ovocitos a partir de células progenitoras de la línea germinal en el epitelio del ovario o adyacentes a este. Un argumento más que va en contra del dogma establecido por Zuckerman (1951), está basado en una discordancia matemática en el número folículos, ya que si esta teoría es verdadera, los folículos deberían disminuir con la edad; sin embargo, en ovarios de hembras adultas se encuentra la presencia de nuevos folículos que se añaden a la reserva ovárica después del parto en ratones (Johnson et al., 2004). Otra discordancia matemática esta evidenciada por el trabajo de Vermande-Van Eck (1956) donde empleó como modelo experimental al mono rhesus y cuyas hembras alcanzan la pubertad a los 3-4 años de edad y son fértiles por 20 años o más. Vermande-Van calculó el tiempo que los ovarios deben funcionar con base en la reserva de folículos en la pubertad (aproximadamente 58 000 folículos por ovario) y la incidencia de atresia (4,5%). Sus resultados mostraron una curva de 33 decaimiento exponencial, la cual predice que el 90% de la reserva actual de folículos en la pubertad se pierde alrededor de los dos años. Sin embargo, dado que los ovarios de los monos rhesus siguen funcionando por lo menos 20 años después de la pubertad, es lógico concluir que esta discordancia matemática se explica por una neo-ovogénesis y renovación de folículos. En otra investigación realizada por Jonhson y col. (2005b) donde evaluaron ratones hembras adultas expuestas a BrdU in vivo, observaron una reducción del 80% en la reserva de folículos primordiales en 24 horas. Sin embargo, reporta que después se produjo una reposición espontánea de folículos primordiales durante las próximas 12-24 horas. Aunque la magnitud de respuesta regenerativa concuerda perfectamente con la reposición en la reserva de folículos primordiales a través de neo-ovogénesis, los estudios adicionales muestran una entrada sincronizada de las células germinales en meiosis 24-48 h después de la exposición a BrdU. Por otra parte Tilly y colaboradores (2009) reportan un incremento dramático en la expresión del gen de meiosis, estimulado por el ácido retinoico 8 (Stra8) en los ovarios durante este período después del tratamiento con BrdU. Dada la importancia central y la especificidad de Stra8 a la síntesis de ADN premeiótica y el compromisolas células germinales a meiosis (Baltus et al., 2006; Zhou et al., 2008), estos resultados respaldan la conclusión que el marcado aumento en el número de ovocitos visto en los ovarios de ratones tratados con BrdU se debe a una inducción de la ovogénesis de novo. En conjunto, estos estudios indican que existe un mecanismo de renovación de ovocitos y folículos primarios en los ovarios de hembras adultas, pero aun sigue siendo un paradigma el o los mecanismos específicos por los cuales este fenómeno se lleva a cabo, donde seguramente esta involucrados cascadas de genes y un ambiente especifico. El murciélago como modelo para el estudio de células progenitoras de la línea germinal en el ovario adulto Se puede señalar que la información disponible sobre los procesos que involucran a la línea germinal en ovarios de mamíferos derivan principalmente de modelos experimentales tales como el ratón y la rata, si se compara con la escasa o nula información que se tiene de otras especies de vertebrados. Para el caso de los murciélagos, el conocimiento sobre esto es prácticamente nulo. En la actualidad se está incrementando la utilización de los murciélagos como animales de experimentación en los estudios sobre diversos aspectos de la reproducción. 34 Muestra especial interés las especies de las familias Phyllostomatidae, quienes presentan características de la reproducción, semejantes en muchos aspectos a la mayoría de los primates (Ishiyama, 1981). Dentro de las estrategias reproductoras de los murciélagos, no se puede hablar de un patrón de reproducción típico debido a que las diferentes especies enfrentan condiciones ambientales variables, por lo que han desarrollado diversas adaptaciones morfológicas e incluso novedosas conductas reproductoras (Rasweiler, 1993). Algunas especies de murciélagos pueden generar descendencia durante todo el año, mientras que otras solo dos veces por año. Por lo general, solo nace una cría y ocasionalmente dos. De acuerdo con Orr (1970), el conocimiento que se tiene sobre algunas especies de filostómidos permite señalar que las crías de estos murciélagos cuentan con un avanzado estado de desarrollo al momento de nacer, los recién nacidos cuentan con pelaje en el cuerpo, tienen los ojos abiertos y las orejas erectas. Las crías son grandes y pesan al nacer alrededor del 30% del peso de la madre e incluso más (Tamsitt y Valdivieso, 1963). El tracto reproductor de las hembras, al igual que el del resto de los mamíferos consta de dos ovarios, dos oviductos, útero, cérvix y vagina. Sin embargo, dentro de este esquema tradicional se pueden presentar diversas adaptaciones anatómicas y fisiológicas (Wimsatt, 1975; 1979). La funcionalidad de los ovarios es variable en murciélagos y aunque la mayoría presenta actividad ovárica en ambos ovarios, algunas especies pueden ovular consistentemente desde uno solo, por lo que el ovario funcional suele ser de mayor tamaño. Una vez que se da el desprendimiento del óvulo desde un ovario y dependiendo de la especie, puede o no presentarse una estimulación diferencial dentro de los cuernos uterinos cuya finalidad es transportar al óvulo a través de los mismos (Raswailer, 2000). 35 Generalidades de los murciélagos Artibeus jamaicensis Orden: Chiroptera Suborden: Microchiroptera Superfamilia: Phillostomoidea Familia: Phyllostomidae Subfamilia: Stenodermatinae Género: Artibeus Subgénero: Artibeus Especie: Artibeus jamaicensis (Leach, 1821) Murciélago zapotero Descripción: Presenta un arco cigomático completo, ausencia de una cola y una membrana interfemoral estrecha en forma de U (Jones y Carter, 1976). Se trata de una especie frugívora con una longitud del antebrazo de 52.0-67.4 mm, las alas son anchas y de color gris oscuro. La diferencia más notable de A. jamaicensis es poseer dos líneas faciales blancas y tenues, el dorso es de color moreno grisáceo y el vientre pálido marrón (Jones 1978). En general, las orejas son anchas, triangulares en la punta. La hoja nasal está bien desarrollada con un grupo de glándulas sebáceas (Dalquest et al., 1952). El labio inferior tiene una verruga central con pequeñas verrugas alrededor. El cráneo de A. jamaicensis es corto y robusto con importantes procesos preorbital y postorbital, la cresta sagital es moderadamente desarrollada; porción posterior del hueso temporal es cóncava con impresiones musculares; incisivo superior interno es pequeño, los dientes molares son fuertes con grandes superficies de trituración (Davis, 1970; Goodwin y Greenhall, 1961). 36 Medidas somáticas: Los rangos de medidas (en mm) son: longitud total 78-89; longitud de pata trasera 16-18; longitud de la oreja, 20-27; longitud del antebrazo, de herradura, 8.7-9.0; longitud del cráneoel 26,2-31,6; longitud cóndilobasal 27.8-30.0; ancho cigomático 16.2-20.6, constricción postorbital, 6.7-7.3; amplitud de la caja craneana 12.0-12.9; profundidad de cráneo 9.1-10.3; anchura mastoidea 13.9-14.7, extensión de los maxilares postpalatal longitud 7.7-8.7, longitud del paladar 8.8-11.0; longitud por anchura postpalatal 7.7-8.7, longitud del paladar 8.8-11.0 (Handley 1966; Jones, 1978; Swanepoel; Genoways 1979 y Hall, 1981;). Habitad y Distribución: Vive en bosques lluviosos, bosque decidu y bosques arbustivos. Este se refugia en troncos huecos, cuevas, en el follage de los árboles pero también se ha encontrado en carpas construidas en hojas de Araceae y palmas. Figura 3. Distribución geográfica de Artibeus jamaicensis (Ortega y Castro-Arellano, 2001). 37 Se considera un murciélago de tamaño mediano con la variación morfológica considerable, se distribuye en México desde Sinaloa a Tamaulipas, hacia el sur va desde Ecuador, Venezuela, Trinidad, Tobago, Antillas Mayores y Menores, Cayos de Florida y Brasil y en el noroeste de Argentina (Fig. 3) (Mares et al., 1981; Myers y Wetzel, 1983; Redford y Eisenberg, 1992 ). Se distribuye desde el nivel del mar hasta los 2.135 m (Eisenberg 1989; Tamsitt 1966). Alimentación: Como todos los murciélagos neotropicales, este es nocturno. Se alimenta de frutas, entre las cuales incluye higos (Ficus), guarumos (Cecropia sp.), guayabas (Psidium guajaba), papaya (Carica papaya) y bananos. En épocas en que estos son difíciles de conseguir también puede alimentarse de néctar, polen, hojas e insectos. Durante la noches puede volar entre 10 y 15 kilómetros en busca de árboles donde comer. Los frutos los toma con la boca y los lleva a un sitio de percha donde los come. Cuando el fruto contiene semillas grandes, estos no son comidos completamente, pero si tienen semillas pequeñas estas generalmente son consumidas con todo el fruto. Estas semillas generalmente son defecadas en poco tiempo, sin que hayan sido digeridas y por lo tanto tienen gran oportunidad de germinar. Por lo tanto este murciélago contribuye a la dispersión de semillas y por lo tanto a la regeneración del bosque. Patrón reproductor: En el caso de las hembras de A. Jamaicensis, estas presentan un útero simple tubular con un extremo cubierto por los oviductos. Los oviductos entran en el cuerpo del útero, cerca de la línea de mediosagital. Internamente, el útero tiene una luz única y común sin cuernos uterinos intramurales (Hood y Smith, 1983). Tiene un patrón bimodal de reproducción poliéstrico, con picos de producción de crías, probablemente relacionados con la disponibilidad de frutas (Heithaus et al. 1975). Cada hembra tiene dos periodos de celo posparto y produce anualmente una cria o, en raras ocasiones gemelos (Barlow y Tamsitt, 1968) en cada parto. El pico de cría se produce al final de la temporada de lluvias y el parto se produce durante los meses secos. En Panamá en la época de reproducción, las hembras pueden mostrar
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